大型体育场馆火灾应急疏散模拟研究

摘要

随着我国社会和经济的高速发展，一些形式新颖、功能齐全的高大净空建筑层出不穷，如体育馆、会展中心等。高大净空建筑火灾烟气蔓延不受限、易产生有毒有害气体、人员密集、疏散距离长、安全疏散难度大以及灭火和救援困难等特点，如果发生火灾，容易造成群死群伤的重特大火灾事故的发生。因此，研究高大净空建筑火灾烟气蔓延时空分布和人员安全疏散过程具有一定的理论和实际应用价值。
　　本文选取某体育场馆为研究对象，采用数值模拟的方法，分析发生火灾时烟气时空分布及人员安全疏散过程，主要工作及结论如下：
　　（1）本文基于火灾动态模拟软件 FDS，建立某体育馆三维全尺寸模型，研究发现高温热烟气受到建筑物内气体温度梯度和密度梯度产生的浮力效应垂直上升，产生顶棚射流现象，由于墙壁的阻挡，烟气开始向下运动，在馆内上空形成热烟气层，随着火势发展，烟气层的浓度和厚度逐渐增加，最后布满整个空间；当火源位置在建筑物内不对称时，烟气在大空间内流动的距离延长，其温度和浓度都大大降低，使得烟气层在远离火源位置上空聚集，造成热烟气层不均匀分布。
　　（2）基于火灾烟气蔓延时空分布，依据各出口处烟气层高度和距离地面垂直高度2m高度处温度、CO浓度和能见度危险值确定人员可用安全疏散时间（ASET），火源位于体育馆中央地板时，三个出口的ASET基本相同；火源位于看台座椅时，由于火源位置的不对称性，距离火源最近的出口1的ASET最大，出口3次之，出口2最小；能见度到达危险值的时间最短；启用机械排烟，ASET延长约350s。
　　（3）火灾场景中人员可用安全疏散时间（ASET）和人员所需安全疏散时间（RSET）是判断建筑内人员能否安全疏散的关键。基于Pathfinder对人员疏散的影响因素进行了讨论，确定 RSET，火源位于体育馆中央地板时，1068.11s馆内所有人员全部安全疏散到安全区域；火源位于体育馆看台座椅时，由于火源位置的不对称性，火源位置附近的人员优先进行疏散，1106.96s馆内所有人员全部安全疏散到安全区域。通过对比ASET和 RSET，发现在机械排烟设施停用时，RSET＞ASET，即全部比赛人员和观众在建筑物内烟气层高度、温度、CO浓度和能见度达到危险值前不能安全撤离；启用机械排烟， ASET＞RSET，即全部比赛人员和观众均可以在建筑物内烟气层高度、温度、CO浓度和能见度达到危险值前安全撤离。

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第一章 文献综述

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3本文主要研究内容和技术路线

第二章 模拟软件FDS介绍及其数学模型

2.1FDS模拟流程

2.2数学模型

2.3数值方法

2.4本章小结

第三章 体育馆火灾数值模拟分析

3.1体育馆模型建立

3.2火灾场景设定

3.3火灾临界危险的判定条件

3.4初始边界条件设置

3.5火源位于中央地板时模拟结果分析

3.6火源位于看台座椅时模拟结果分析

3.7人员可用安全疏散时间确定

3.8本章小结

第四章 体育馆火灾人员安全疏散分析

4.1 影响安全疏散的人员特性

4.2相关疏散参数确定

4.3疏散模型建立

4.4人员疏散结果分析

4.5人员安全疏散判定

4.6本章小结

第五章 结论与展望

5.1主要结论

5.2展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢